现代汽车底盘控制系统

现代汽车底盘控制系统（一）近年电子技术在底盘控制系统的应用愈来愈普遍，电子系统的价/成值本预料上升至占整车的15%左右。在未来数期的《现代汽车》，本文将介绍现代底盘控制系统的关键控制系统，包括发展趋势、市场现况、主要功能、特点及基本工作原理。除发动机控制外，近几年电子技术在底盘控制系统上的应用也得到飞跃式的发展。新技术的出现和应用主要具有以下几个目的:增强各种动力性能（包括牵引性、制动性和操纵和行使稳定性）、增强安全性、改进燃油经济性、提高舒适性、降低排放、保护环境。预计在最近几年里，电子系统的价值/成本将会上升到占整车的15%左右。本文将分期介绍现代底盘控制系统的一些关键控制系统，在世界汽车领域里的发展趋势和市场情况、主要功能和特点，以及它们的一些基本工作原理。汽车稳定性控制系统的内容已经在本刊2002年12月/2003年1月号发表,这里不再重复。电子底盘控制系统从汽车动力学的角度出发，汽车的动力性能和主动安全性能主要是通过轮胎和路面的接触来实现的。电子底盘控制系统通过电子控制系统优化轮胎和路面之间的接触力大小和方向,大大地增强了包括安全性在内的各方面汽车性能。它能帮助驾驶员在各种路面上（尤其在不好的路面上）和紧急状况时，更容易控制汽车，从而降低了因驾驶员的误差造成车祸的因素。汽车底盘控制系统包括多个子控制系统或功能:VSC（汽车稳定性控制系统）--其中包括ABS（电子防抱制动系统）、TC（牵引控制）系统和YSC（汽车横摆稳定性控制系统）EAS（电动助力转向系统）主动悬挂系统四轮转向系统自动行驶系统、自动碰撞报警或碰撞避免系统电线控制/操纵系统-如电线制动系统、电线转向系统轮胎气压监测系统在底盘控制系统的产品发展过程中，当前的设计趋势是使控制系统一体化，即将多个影响汽车动态性能的子控制系统进行联合、协调、指导、信息共享和性能优化，从而得到“一体式”的汽车控制系统。设计和生产电子底盘控制系统中，具有挑战性的工作主要在于:(a)控制器(包括控制软件和硬件)的设计,(b)机电驱动器的设计,(c)汽车状态参数的估算。尽管如此，在汽车控制系统的开发上，目前具有以下几个很关键的技术条件，有助于电子底盘控制系统产品和市场的进一步发展：传感器：既可靠又便宜的新传感器在市场上的出现和应用；电子技术：微处理器内存和计算速度的迅速提高；液压控制阀：具有生产精度高、反应快、价格低的液压控制阀的能力；故障检测和故障安全：传感器和液压系统的自我故障检测能力，以及故障安全能力的发展和成熟；开发工具：RDS(快速开发系统)和汽车动力学的模拟能力。电动助力转向系统电动助力转向系统的优特点工作原理电动助力转向系统是由电子控制器控制助力驱动装置来实现助力的转向系统，助力驱动装置是电机。图2显示了电动助力转向最基本的工作原理：驾驶员的转向力矩通过转向齿轮和转向拉杆传到汽车的转向轮上。与此同时，驾驶员的转向力矩和车速通过传感器被送到助力转向系统的电子控制单元，电子控制单元再根据目前的工况和一定的设计要求计算出所需要的转向助力。所需的转向助力是通过控制输入到电机的电流来实现的。转向轮上最终得到的转向力矩是驾驶员转向力矩和转向助力的总和。主要特点•方向盘的转向特性、转向手感和汽车的稳定特性，可以通过软件来进行调节和优化，所以其功能显然优于传统液压助力系统；在低速时，电动系统提供较大的助力，助力程度随车速而逐渐降低，而传统的液压系统往往在高速时会趋于产生过度的助力；系统的重量比液压系统轻，结构更紧凑,因而安装弹性较大；一体式模块系统，便于总装厂装配，降低装配成本；•提高燃油经济性约3%〜5%。车辆90%以上的行驶过程不需要助力。电动助力转向（包括电动液压助力转向）系统只在需要时提供助力，不需要时不消耗发动机的功率，所以省能耗；是电线转向系统的前期产品；安全性、泊车及抗路面干涉性能好；有利于今后的一体式汽车动力控制系统；系统方面的特点：即使发动机熄火，电动助力转向系统还能照常工作，因此很适用于将来的电动汽车或电汽混合型车。另外，由于轻小型车只需要较小的动力来使前轮转向，所以这个系统很适用于这类型；汽车的加速性能--没有油泵，发动机输出功率增加；保修方便，降低保险成本--没有液压油漏的情况（除电动液压转向系统）；绿色环境--没有液压油（除电动液压转向系统）。a) 右) c) ①a)电动液压转向系统切转向拉杆齿条驰动式电动助力转向系统c)转向釉呃动式电动助力转向系统①转向齿轮驰动式电动助力转向系统團号电动助力转肓系寒本种类电动助力转向系统的种类目前电动助力转向系统有两种基本形式：电动液压转向系统(EPHS-Electricallypoweredhydraulicsteering)及电动助力转向系统(EPS-Electricpowersteering)。将来的趋势是电线转向，在方向盘和转向轮之间没有机械连接,当然这种系统已不是纯粹的助力转向系统了。电动液压转向系统(EPHS)如图3a)，其油泵从发动机分开，用小电机驱动油泵，自动控制，只在需要时开动。这样，系统就大大地减少了寄生的功率损耗,可以省下传统液压转向系统能耗的85%，相当于省下整车油耗的3％~4％。其次，系统也省掉了传统液压转向系统中所需的皮带、皮带轮和其它与发动机的连接零部件，更易于安装。电动助力转向系统(EPS)不需油泵，而是由电机直接驱动得到自动控制，也是在需要时才开动。因此可省下液压系统和液压油。EPS可以节省传统液压转向系统能耗的90%，比电动液压系统多省出整车油耗的0.5%。根据不同的安装位置，EPS还分有三种不同的类型：转向轴驱动(ColumnDrive)、转向齿轮驱动(piniondrive)、转向拉杆齿条驱动(rackdrive)。转向拉杆齿条驱动式电动助力转向系统，如图3b)，特点包括：•助力直接作用在转向拉杆上，效率高，响应快；最大功率可达500W；在转向拉杆上产生的最大拉力，达7700N；对于中型以上的轿车，相对具有一定的市场渗透能力；可应用的汽车范围广泛；•助力性能比较好；但相对成本较高。转向轴驱动式电动助力转向系统，如图3c)，特点包括：动力单元(电机)的位置使之相对其它两种系统来说最容易放置。由于电机位置与驾驶室相邻，所以对工作环境温度不需特殊的要求；在发动机下面不需安装空间；最大输出功率一般在250到400W之间；最大输出力矩应达65Nm(在拉杆相当于7700N的拉力)；对于低成本的微小型轿车，相对具有较高的市场渗透能力；适用于小型和中型轿车。转向齿轮驱动式电动助力转向系统，如图3d)，特点包括：对发动机下面的安装空间要求极小，同时也消除了对仪表板前面的空间要求最大输出功率一般在250到400W之间；最大输出力矩应达65Nm(在拉杆相当于7700N的拉力)；对于小型轿车，相对会具有中等的市场渗透能力；适用于微型和中型轿车。电动助力转向系统的市场和发展趋势最近几年里，电动助力转向系统技术在中低档汽车的应用发展迅速，尤其在欧洲的中低档汽车市场中，愈来愈多大批量生产的小型汽车开始采用电动助力转向。例如FiatPunto和Stilo、RenaultMegane、VolkswagenLupo，以及新的Mini、HondaS2000、AcuraNSX、HondaCivicSi、ToyotaPriusHybrid等。在北美市场，FordRange已经配备有电动助力转向。2002年下半年出产的SaturnVue多功能车也装有电动助力转向。估计2003年上市的新车上装有电动助力转向比例达到10%左右。根据TRW汽车公司的预测，到2010年，每2到3辆车会有一辆装上电动助力转向系统，将取代传统的液压助力系统。在电动助力转向系统的开发和生产，目前TRW汽车公司在世界上居于领先地位，也是第一家在欧洲市场提供电动液压助力转向的公司。2002年，该产品在欧洲市场的年销售额是9亿美元左右，该公司预计在2006年的年销售量将达10亿美元。在电动助力转向技术和产品上，主要的开发和生产厂家还有德尔福(DELPHI)汽车公司，德国的ZF公司和博世(RobertBosch)公司，以及德国的西门子(SiemensVDO)汽车公司、大陆(ContinentalAG)公司、日本的KoyoSeiko公司。四轮/后轮转向系统四轮转向系统即后轮转向系统，是用来辅助驾驶员打方向盘时的前轮转向功能。随着电子技术的发展和电子控制技术在汽车底盘的广泛应用，加上人们对汽车主动安全性技术的重视，最近汽车工程领域已开始赋予四轮转向新的功能和含义，并对之提出了新的要求，即在动态控制下的后轮转向可以控制汽车的稳定性。传统的简单四轮转向控制系统早期传统的后轮转向系统设计，主要目的是为了改善汽车在拐弯和泊车时的机动性，当然也在一定程度上改进汽车的操纵稳定性。这类后轮转向是通过开路控制得到的。也就是说，后轮转向角只是前轮转向角和汽车速度的函数。其关系是固定的，不随汽车的实时响应而变化。该系统的优点包括：系统成本低控制原理简单降低转弯半径--增强低速时的机动性改善汽车的操纵特性• 有拖车情况下，增进稳定性最新的闭路四轮转向控制系统在这种系统控制中，后轮所得到的转向角不仅是前轮转向角和汽车速度的函数，而且也随汽车的动态响应而变化，即它也是汽车动态参数（横摆角速度和/或侧向加速度）的函数。后轮可以根据特定要求，按照一定的控制法则，通过软件得到完全独立的控制。所以，汽车的动态响应和稳定性能够随时得到控制和优化。这种系统需要在后轴上安装位移传感器来测定后轮的转向角。基本控制原理如图4所示。该系统的优点包括：后轮是完全独立于前轮，通过软件得到控制改进汽车在所有车速下的操纵性；改进汽车在低速时的机动性--倒车、泊车；大大增强汽车在各种车速时的稳定性；• 具有随车速可调的转向增益；较强的抗干扰性；可以与现有的汽车